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  世界林业研究  2010, Vol. 23 Issue (3): 59-63  
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引用本文  

张锴, 梁军, 严冬辉, 等. 中国松材线虫病研究[J]. 世界林业研究, 2010, 23(3): 59-63.
Zhang Kai, Liang Jun, Yan Donghui, et al. Research Advances of Pine Wood Nematode Disease in China[J]. World Forestry Research, 2010, 23(3): 59-63.

基金项目

国家"十一五"科技支撑项目(2006BAD08A191);科技部国际合作项目(2007DFB30270)

通信作者

张星耀, 男, 研究员, 博士生导师, E-mail:xyzhang@caf.ac.cn

作者简介

张锴(1982-), 男, 汉族, 在读博士研究生, 研究方向为森林病理学

文章历史

收稿日期:2010-03-29
中国松材线虫病研究
张锴 , 梁军 , 严冬辉 , 张星耀     
中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,森林保护学国家林业局重点实验室,北京 100091
摘要:松材线虫作为一种外来入侵物种, 自其发现之日起就对中国的松林生态系统造成了巨大的破坏和冲击。松材线虫在中国有着相当广泛的适生区, 到目前为止已在江苏、浙江、安徽、福建、江西及台湾和香港等17个省(市)和地区发生危害。由于其致病机理尚不明确, 致使该病的防治和控制工作进展缓慢。文中指出目前该病的检验检疫与防治方法中存在的不足, 并提出松材线虫致病性的分子机制研究、松属树木抗病机制研究、松林系统对松材线虫病入侵的生态抵御机制等几个方面是将来研究的重点方向。
关键词松材线虫    发生与发展    致病机理    检验检疫    防治方法    中国    
Research Advances of Pine Wood Nematode Disease in China
Zhang Kai, Liang Jun, Yan Donghui, Zhang Xingyao     
Key Laboratory of Forest Protection of State Forestry Administration, Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
Abstract: Bursaphelenchus xylophilus, which has a wide range of suitable regions in China, is an invasive pest causing huge damage to pine ecosystem in 17 provinces including Jiangsu, Zhejiang, Anhui, Fujian, Jiangxi, Taiwan and Hongkong.The pathogenic mechanism of B.xylophilus was analyzed and protection methods were reviewed.It was concluded that the control and prevention of pine wood nematode disease made a slow progress as the pathogenic mechanim of the disease is not clearly known.The paper decribed the existing problems in terms of inspection, quarantine and prevention of the disease and prospected that the future research focus would be the molecule mechanism research on the pathogenicity of B.xylophilus, the research on anti-disease mechanism of Pinus spp.and the ecological resistance mechanism of pine forest system against pine wood nematode disease.
Key words: Bursaphelenchus xylophilus    occurrence and development    pathogenic mechanism    inspection and quarantine    protection method    China    

松材线虫病又称松树萎蔫病或松树枯萎病, 是以松材线虫为主导的, 综合人为因素、线虫及其伴生细菌、媒介昆虫及其伴生真菌、寄主松树以及环境因素互作的复杂病害系统[1]。该病已给除北美洲原发地以外的病害发生国造成了巨大的经济损失和生态压力。20世纪80年代初该病传入我国境内, 随后迅速扩散蔓延, 并成为我国最危险的森林生物灾害之一。目前, 该病已对我国的松林生态系统构成了严重的破坏和威胁。另外, 随着我国贸易往来越来越频繁, 松材线虫由境外反复进入我国的可能性越来越大。因此, 该病的控制与治理是我国森林保护工作中必须长期面对的严峻课题。

1 在中国的发生发展情况 1.1 发生发展情况

中国大陆最早于1982年在南京中山陵的黑松上首次发现松材线虫病[2], 当时仅在1省1市1区发生, 发生面积200 hm2, 病死树256株(孙永春, 1982;程瑚瑞、林茂松、黎伟强等, 1983)。进入20世纪90年代, 已发生病死木140余万株。病害不仅在南京市内、郊县发生, 而且以每年7 000~10 000 hm2的速度迅速扩展, 延及周围县市。到目前为止, 松材线虫病已在江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、湖北、湖南、广东、广西、四川、重庆、贵州、云南和海南15个省(市)及台湾和香港地区的110余个县(区)市发生危害(国家林业局公告, 2007)。据不完全统计, 中国有超过5 000万株的松树死于松材线虫病, 损失木材超过500万m3, 累计发生面积达8.67万hm2, 导致的直接经济损失约25亿元, 间接损失约250亿元[3-6]。松材线虫病在危害并严重威胁我国大面积松林的同时, 还威胁着我国的一些重要自然历史景观和生态风景区。

1.2 潜在适生性评价

我国松树种植面积占全国森林面积的23%以上, 很多种松树为该病的感病寄主; 主要传播媒介松墨天牛(Monochamus alternatus Hope)分布广泛; 广大的地区有着适宜该病发生的气候条件, 因此松材线虫病在我国有着相当广泛的适生区。我国松材线虫的适生性分析虽已作了很多工作[7-10], 从不同的侧面和程度上进行了松材线虫病的风险分析, 但仍不够具体、直观和完善, 没有从整体上大范围综合考虑其生物生态学特性, 很难准确摸清松材线虫病在我国具体的定殖区域, 更难于对线虫病发生风险进行测报。此外, 定量地刻画松材线虫在我国的适生分布范围对松材线虫的风险分析具有重要的现实意义, 还需要进一步研究。

2 松材线虫病致病机理研究

尽管松材线虫病的发现已有近百年的历史, 但只是在近几十年人们才对该病进行了较为系统的研究。随着研究的深入, 发现该病与通常认识的松材线虫有许多不同, 尤其是其致病机理尚不明确, 致使该病的防治和控制工作进展缓慢。

2.1 病原物研究

病原物的判断是病害防治研究的关键和基础。松材线虫病发生以来, 研究者对其病原的认识不断发生变化。最先认为是由于天牛造成, 后来依次演变为由真菌、松材线虫、松材线虫和细菌共同引起。松材线虫自被发现为松树萎蔫病的病原后一直受到公认。目前对细菌与该病的关系存在很多争议。Oku等[11]首先提出, 松树萎蔫病由松材线虫携带的细菌产生的毒素引起。Kawazu等[12-13]混合接种松材线虫和从线虫虫体上分离到的3种细菌导致寄主发病, 从而指出松材线虫携带的致病细菌是松树萎蔫病的真正病原。赵博光等[14-15]从松材线虫虫体分离到几个与Kawazu等分离到的不同的细菌, 即洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderia cepacia)和荧光假单孢菌(P.fluorescens), 并指出松材线虫病是线虫和细菌共同侵染引起的复合侵染病害。谈家金[16]从松材线虫虫体上分离到另外一种细菌坚强芽孢杆菌(B.firmus), 经致病性测定后进一步指出, 细菌是松材线虫病的真正病原, 松材线虫是该病不可缺少的致病因素。从这些研究可以看出, 关于细菌与病害的关系仍需进一步明确。关于健康松树内生细菌与松材线虫病关系的研究未见任何报道, 因此可以考虑加强这方面的研究。

2.2 松树枯萎机理研究

到目前为止对松材线虫病致病机理具有3种解释[17-21], 但是对其致病机理的解释一直未能为大多数人所接受。

第一种观点认为, 松材线虫分泌的酶使松树薄壁细胞的细胞壁和细胞膜遭到破坏, 树脂不正常地从树脂道中渗漏并扩散到相邻的管胞中, 使水分输导受阻, 导致萎蔫。到目前为止的研究结果虽然对松材线虫分泌纤维素酶的现象做出了积极的印证[22], 但实际上纤维素酶在松材线虫致病过程中的作用和地位尚缺少令人信服的试验证据。除纤维素酶外, 松材线虫分泌的果胶酶、过氧化物酶、蛋白酶和淀粉酶也可能参与病害的初始病理反应[23-24], 这些酶类物质究竟起到怎样的作用还需要进一步的研究证实。

第二种观点认为, 松树感染松材线虫后, 树体木质部内挥发性单萜烯和倍半萜烯的含量增加, 这些物质具有疏水性, 而且表面张力低, 它们进入并在管胞中形成空洞, 使管胞不能重新进水, 致使水分输导受阻。该理论虽然在有的情况下能解释一些现象, 但不具普遍性。例如抗病性强的马尾松种源在接种松材线虫后, 倍半萜类(长叶烯、长叶蒎烯、雪松烯等)物质增加, 且含量与抗性成正相关。因此, 关于木质部内产生的这些次生代谢产物的作用, 及其与松材线虫侵染的关系还都需要进一步的研究。

第三种观点认为, 松树感染松材线虫后, 体内产生有毒物质, 这些物质使松树萎蔫。目前已知至少有7种毒素存在于感染松材线虫的松树中, 苯甲酸(BA)和儿茶酚(CA)在针叶里, 8-羟基香芹鞣酮(8 -HAC)、二氢松柏醇(DCA)和10-羟基马鞭烯酮(10-HV)存在于木材中。但从目前的研究结果看, 虽然在松材线虫病害发生的过程中产生了许多相关的毒素物质, 同时这些物质对松树都显示出毒性, 但哪一种是引起病害的主要原因很难判定。同时, 目前对于毒素的来源还存在不同的看法。这些都需要进一步的研究。

总之松材线虫病的致病机理非常复杂, 究竟是酶类、毒素还是其他因子起主导作用目前仍不清楚。笔者认为, 松材线虫病是一个受寄主松树、松材线虫、环境条件、树体内微生物以及媒介昆虫等多方面因素影响的复杂的体系。其致病过程也是一个复杂的、受多因素影响的过程。因此, 在研究松材线虫病的致病机理时不能只简单地考虑某一个方面的作用, 而应该综合进行研究和判断。我们应该注意到, 使松树枯萎的主导因素是入侵的松材线虫, 而树木感病后树体内异常代谢产物(毒素)的产生, 或者引起空洞的萜烯类物质含量的增加都是由于松材线虫的侵染引起的, 因此研究其致病机理, 首先要研究松材线虫的作用。就目前的研究情况看, 酶学说的致病过程与人工接种后松树体内组织病理学的研究结果相符合, 应该引起重视, 并成为后面研究的重点之一。

3 病害的检验检疫与防治方法 3.1 检验检疫技术

目前中国在松材线虫病诊断方法研究方面已进行了卓有成效的工作, 从传统诊断到现代分子诊断技术均取得了长足的进步。在20世纪八九十年代, 我国学者主要依靠症状检验、流胶法[25-26]、化学法[27]和显色反应[28-29]等手段判断寄主的发病情况。此类方法简便易行, 不需要复杂的仪器设备, 在科学研究与基层生产中都得到了广泛的应用。从21世纪初开始, 随着分子生物学技术的发展与应用, 松材线虫检测、检疫技术取得了突飞猛进的发展。基于生物化学技术、生物电学技术和生物信息技术的RAPD和PCR -RFLP[30-38]等新型检测工具得以应用, 快速检测试剂盒技术[39-41]、免疫诊断技术[42-44]、诱集管捕获诊断技术[45]等新方法、新技术也应运而生。与传统方法相比, 新技术的开发与应用大大提高了检疫效率和准确性。然而, 目前很多检验、检疫方法由于受到条件和技术的限制, 或由于方法尚不完善, 离实际应用还有一定的距离。此外, 虽然各种快速检测技术发展迅速, 但是应用过程中存在交叉反应, 其特异性还有待提高。

3.2 防治方法

关于松材线虫病防治国内外学者都进行了多方面深入而细致的研究, 但由于松材线虫病传播、发生及危害的特殊性, 到目前为止, 运用于生产且经济有效的方法并不多。我国目前松材线虫病防治研究主要集中在人为控制、基因控制及生态控制3个主要方面。

3.2.1 人为控制

目前我国对松材线虫病的人为防治手段主要有化学防治、物理防治、生物防治及综合防治, 但总体上仍以化学防治为主。

在化学防治方面, 我国研究人员已研制并筛选出一些行之有效的化学杀线剂、杀虫剂和引诱剂[46-47], 并在生产实践中取得了一定的积极效果。虽然多数人工药剂具有毒性强、见效快等优点, 但在自然气候条件下使用会受到季节的限制, 还会不可避免地带来一些负面效应, 如易残留、对环境造成破坏等。长期重复使用容易使病虫产生抗性, 从而出现再猖獗。

在生物防治方面, 目前已成功利用了管氏肿腿蜂(Scleroderma guani)、花绒坚甲(Dastarcus longulus)和球孢白僵菌(Beauveria bassiana)等天敌昆虫及病原微生物进行防治, 且效果显著。然而, 生物防治成本较高, 见效慢, 大面积推广仍存在难度。另外, 现有的生物防治中主要针对松褐天牛, 对松材线虫还没有大规模使用杀线生防制剂的典型实例, 因此直接对松材线虫开展生物防治还需要进一步研究。此外, 我国学者还利用电击处理防治松材线虫病, 并取得了一定的效果, 但是花费较高, 生产应用并不普遍。

3.2.2 基因控制

作为我国南方种植面积最广、受灾最为严重的乡土树种, 马尾松抗性品种的选育是我国目前树木抗性育种研究的重点内容之一。对不同地理种源的马尾松进行抗松材线虫病比较的试验结果表明, 马尾松不同种源间的抗病性差异显著, 且地理差异明显。虽然己分离鉴定了一些抗病物质的种类和结构, 并进行了抗松材线虫的生物测定, 但总的来说仍很薄弱, 在许多方面仍属空白。就抗病物质而言, 无论对其种类、数量、结构, 还是它们的代谢途径和作用机理都缺乏全面深入的了解。因此, 有必要进一步加强松树抗松材线虫病机理的研究, 从而为抗病松种的选育提供充分的理论依据, 为松树抗松材线虫病基因工程打下理论基础。寻找抗性种质和利用基因工程进行抗性品种改造的相关研究还需要进一步深化。

3.2.3 生态控制

在生态控制方面, 我国学者依据近自然林业思想, 并鉴于森林生态系统的结构复杂性和时空稳定性, 以及对生物灾害的自我补偿或恢复能力, 提出通过生态系统的改造, 构建系统优化结构, 加强林分抚育, 增强树势, 提高系统自我控制松材线虫病的功能的想法。目前我国研究人员已经利用乡土阔叶树种与松树的混交造林和林分改造手段达到了分散松材线虫的危害并抵御松材线虫自然传播的目的。但此类抵抗性的理论研究在数学上还没有成熟的方法来处理。结合松材线虫的入侵, 通过建立相关的数学模型, 研究松林生态系统的抵御和恢复性指标, 阐明松林生态系统抵御和恢复机制的研究至今未见报道。如果能够从抵抗性和恢复性两个方向入手, 选择合适的生态数学模型为研究手段, 研究松材线虫入侵后植物群落结构和功能的变化规律, 创建松林生态系统对松材线虫入侵的抵御和恢复能力的评价指标体系, 将对阐明松林生态系统对松材线虫入侵的抵御和恢复机制产生积极的作用。

4 研究展望

自松材线虫病传入以来, 我国已经投人了大量的人力、物力和财力进行防治和研究。基于经典生物学的研究已基本阐明了松材线虫的形态结构、生活史、传播媒介和寄生范围等问题, 但是对其致病机理的研究以及该病的防治工作一直没有取得突破性进展。回顾松材线虫病研究进展及现状, 该领域研究在未来的发展应该注重:1)有关松材线虫致病性的分子机制需要进一步研究; 2)结合分子生物学与免疫学领域, 形成实用、简便的快速检测技术, 进行松材线虫检测的研究还需要深化; 3)要将树木抗病的分子机制和遗传基础作为今后松属树木抗病机制研究的重要方向; 4)松林生态系统对松材线虫入侵的抵御和恢复能力的评价指标体系还需进一步量化, 松林系统对松材线虫病入侵的生理生态抵御机制也需要进一步地解析; 5)在全球气候变化的前提下重新考虑和评估病害的发生及扩散风险, 针对不同季风控区中病原与媒介昆虫的生物学特性、扩散规律、病害发生的不同特点, 建立更为完备的中国松材线虫病灾害预警模型; 6)进一步加强风险分析与监测预警技术研究, 尽可能以市、县为单位进行病害的风险评估。

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